28
91 5) Calcul de l’écoulement : Introduction : Avant d’entreprendre la simulation numérique du passage de l’air dans la fosse nasale humaine à l’aide d’un code de champ, il est utile de préciser ce que l’on peut attendre d’une telle méthode. Dans ce chapitre nous mettrons en évidence les capacités du code de champs Fluent auquel nous aurons recours pour la suite de notre travail, ainsi que les difficultés liées à l’utilisation d’une telle méthode numérique. Principe des codes de CFD : [13] Les codes de champs, ou codes de CFD (Computational Fluid Dynamics), résolvent les équations réagissant les mouvements d’un fluide. Ces équations traduisent la conservation de la masse et de la quantité de mouvement d’un fluide (équations de Navier- Stokes), ainsi que la conservation de son enthalpie. Certains codes sont aussi en mesure de décrire le transport de polluant ou les réactions chimiques au sein d'un fluide. Il existe plus d’une centaine de codes de CFD disponibles, qu’ils soient commerciaux, du domaine public ou encore propres à certaines institutions. Pour notre travail nous utiliserons le code de CFD Fluent, commercialisé par Fluent Incorporated. Nous disposons de la version 4.4, sur PC. Pour l’usage que nous en faisons, il permet de résoudre les équations régissant les mouvement turbulents ou laminaires d’un fluide en dimension 2 ou 3. Les problèmes à résoudre peuvent être en régime permanent comme en régime instationnaire. Dans ce qui suit nous préciserons les aspects du code qui méritent de l’être pour la compréhension de la suite de l’exposé. Equations générales : [4]- [42]. Les équations locales instantanées régissant l’écoulement d’un fluide compressible newtonien sont les équations de Navier–Stokes. Elles s’écrivent comme suit : Equation de la masse : 0 V t = + ρ ρ Equation de la quantité de mouvement : F D . 2 p V V . t V ρ μ ρ ρ + + -∇ = * +

5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

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91

5) Calcul de l’écoulement :

Introduction :

Avant d’entreprendre la simulation numérique du passage de l’air dans la fossenasale humaine à l’aide d’un code de champ, il est utile de préciser ce que l’on peut attendred’une telle méthode. Dans ce chapitre nous mettrons en évidence les capacités du code dechamps Fluent auquel nous aurons recours pour la suite de notre travail, ainsi que lesdifficultés liées à l’utilisation d’une telle méthode numérique.

Principe des codes de CFD : [13]

Les codes de champs, ou codes de CFD (Computational Fluid Dynamics), résolventles équations réagissant les mouvements d’un fluide. Ces équations traduisent laconservation de la masse et de la quantité de mouvement d’un fluide (équations de Navier-Stokes), ainsi que la conservation de son enthalpie. Certains codes sont aussi en mesure dedécrire le transport de polluant ou les réactions chimiques au sein d'un fluide. Il existe plusd’une centaine de codes de CFD disponibles, qu’ils soient commerciaux, du domaine publicou encore propres à certaines institutions.

Pour notre travail nous utiliserons le code de CFD Fluent, commercialisé par FluentIncorporated. Nous disposons de la version 4.4, sur PC. Pour l’usage que nous en faisons, ilpermet de résoudre les équations régissant les mouvement turbulents ou laminaires d’unfluide en dimension 2 ou 3. Les problèmes à résoudre peuvent être en régime permanentcomme en régime instationnaire.

Dans ce qui suit nous préciserons les aspects du code qui méritent de l’être pour lacompréhension de la suite de l’exposé.

Equations générales : [4]- [42].

Les équations locales instantanées régissant l’écoulement d’un fluide compressiblenewtonien sont les équations de Navier–Stokes. Elles s’écrivent comme suit :

Equation de la masse :

0Vt

=•∇+∂∂ ρρ

Equation de la quantité de mouvement :

FD.2pVV.t

V ρµρρ +∇+−∇=∗∇+∂

Page 2: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

92

Equation d’énergie (enthalpie) :

ThVt

h ∇•∇=•∇+∂

∂ λρρ

Equation de transport d’un scalaire (concentration, énergie cinétique turbulente…) :

cSργρρ +∇•∇=•∇+∂

∂CCV

t

C

où :: Nablaopérateur l'est ∇

∂∂

∂∂∂∂

==∇

n

2

1

x

u...xux

u

(u) GRADu

∂∂

∂∂

∂∂

∂∂

∂∂

∂∂

==∇

n

n

n

2

n

1

1

n

1

2

1

1

x

V...

x

V

x

V......

......xV

...xV

xV

)V( GRADV

∑= ∂

∂==∇n

1i i

i

xV

)V( DIVV.

:n déformatio de taux des tenseur leest D

)VV(2

1D ∇+∇= t

avec :- F : force extérieure.- ρ: masse volumique.- V : vitesse.- T : température.- P : pression.- C : concentration.- H : enthalpie.- µ: viscosité dynamique.- γ: coefficient de diffusion.- λ: conductivité thermique.

Page 3: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

93

L’ensemble de ces équations s’écrit sous la forme générale :

ΦΦ =∇+Φ∇+∂

Φ∂SJ.V.

tρρρ

équations. sdifférente lespour Set J,. de valeurslesdonnant dessous ci tableau Le ΦΦΦ

Φ ΦJ ΦS

Equation de la masse 1 0 0

EQdM suivant x U i).D2-p( µ i.F

EQdM suivant y V j).D2-p( µ j.F

EQdM suivant z W k).D2-p( µ k.F

Enthalpie H T∇− λ 0

Concentration C C∇− γ sC

L’équation générale à résoudre peut se mettre sous la forme :

ΦΦΦΦ +∂Φ∂Γ

∂∂+

∂Φ∂Γ

∂∂+

∂Φ∂Γ

∂∂=Φ

∂∂+Φ

∂∂+Φ

∂∂+Φ

∂∂

S)z

(z

)y

(y

)x

(x

)w(z

)v(y

)u(x

)(t

ρρρρρ

avec :

)(t

Φ∂∂ ρ : terme instationnaire

)w(z

)v(y

)u(x

Φ∂∂+Φ

∂∂+Φ

∂∂ ρρρ : convection

)z

(z

)y

(y

)x

(x ∂

Φ∂Γ∂∂+

∂Φ∂Γ

∂∂+

∂Φ∂Γ

∂∂

ΦΦΦ : diffusion

ΦSρ : terme source

où ρ est la densitéu, v, w, les composantes de vitesse

ΦΓ la conductance

Après discrétisation par volumes finis, cette équation se met sous la forme :

066554433221100 aaaaaaa s+Φ+Φ+Φ+Φ+Φ+Φ=Φ

où Φ représente tour à tour : 1 pour l’équation de continuité ; u, v, w pour l’équation dequantité de mouvement ; h l’enthalpie pour l’équation d ‘énergie.

Page 4: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

94

Cependant deux difficultés apparaissent :

- les coefficients des équations dépendent des valeurs des variables ; le systèmen’est donc pas linéaire.

- Les termes source des équations de quantité de mouvement font intervenir legradient de pression.

L’algorithme SIMPLE (Semi Implicit Method for Pressure Link Equation) :

Prenons par exemple l’équation de quantité de mouvement suivant x, en faisantapparaître le gradient de pression dans le terme source .

)Pd(Pbuauauauauauaua 02066554433221100 −−++++++= (1)

Donnons nous, a priori, un champ de pression P* , alors on peut en déduire unchamp u* tel que :

*)P*(Pdb*ua*ua 02u0

6

1ii00 −−+= ∑

=i (2)

On introduit alors le champ de correction des pressions dP :

dP *PP += (3)

et le champ de correction des vitesses du :

du *uu += (4)

Alors l’équation discrète liant les corrections de vitesse aux corrections de pressions’écrit :

)dP(dPdduadua 02u

6

1ii00 −−= ∑

=i (5)

l’algorithme SIMPLE simplifie, grâce à une hypothèse grossière, l’équationprécédente sous la forme :

)dP(dPddua 02u00 −−= (6)

relation qui donne la correction de vitesse en un point en fonction de deux corrections depression, alors :

)dP(dPa

d*uu 02

0

u00 −−= (7)

Ainsi, si on sait corriger le champ de pression, nous savons corriger le champ devitesse.

Page 5: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

95

Pour déterminer le champ de correction des pressions, on traduit de manière discrètela conservation de la masse, par intégration sur un volume de contrôle :

0zw

yv

xu

t=

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂ ρρρρ

Soit

0û[û\)!Z�(!Z�((û]û[)!Y�(!Y�((û\û])!X�(!X�((û[û\û]ûW

!!

563412

n1n

=−+−+−+−+

et en exprimant les composantes de vitesse par leurs expressions en fonction des correctionsde pression, on obtient une expression de correction de pression du type :

P6

1i

P

i0

P

0 bdPadPa += ∑=i

(8)

L’algorithme SIMPLE peut être maintenant déduit :

1- Estimer un champ de pression P*.2- Résoudre les équations de quantité de mouvement pour obtenir u*, v*, w*

(équation 2).3- Résoudre les équations de correction de pression (équation 8).4- Corriger les pressions (équation 3).5- Corriger les vitesses (équation 4).6- Résoudre l’équation d’énergie et tout autre équation décrivant l’écoulement.7- Retourner à l’étape 2, avec la nouvelle estimation du champ de pression P*

jusqu’à convergence.

Les cellules 5 et 6 sont dans la direction z.

4

2

3

1 0

y

x

Cellule de calcul :

Page 6: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

96

L’algorithme SIMPLER :

Il permet d’obtenir une meilleure convergence en pression.

L’équation (2) dans SIMPLE peut s’écrire :

)P(Pd a

buau 02u

6

1 0

0ii0 −−+= ∑

=i (9)

On introduit alors les « pseudo vitesses » û :

∑=

+=6

1 0

0ii0 a

buaû

i

(10)

Ainsi l’équation de quantité de mouvement suivant x s’écrit

)P(Pd -ûu 02u00 −= (11)

En reportant l’expression (11) et les expressions analogues en v et w dans l’équationdiscrète de conservation de la masse on obtient directement une équation en pression :

P

0

6

1i

P

i0

P

0 bPaPa += ∑=i

(12)

L’algorithme SIMPLER peut s’expliciter sous la forme:

1- Estimer un champ de vitesse.2- Calculer les « pseudo vitesses » (équation 10).3- Résoudre l’équation de pression (équation 12).4- Considérer le champ de pression comme estimation P* .5- Résoudre en u* , v* , w* (équation 2).6- Résoudre les équations de correction de pression (comme dans SIMPLE)

(équation 8).7- Corriger le champ de vitesse (équation 7), mais ne pas corriger la pression.8- Résoudre l’équation d’énergie.9- Retourner à l’étape 2, avec le nouveau champ de vitesse jusqu’à convergence ;

Page 7: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

97

Conditions aux limites:

Les parois sont considérées comme indéformables et l'écoulement est considérécomme isotherme. Bien que la présence de mucus sur les bords de la cavité nasale laisseprésager un glissement du fluide aux parois, nous avons imposé une condition d'adhérenceaux parois.

Pour l'inspiration, nous avons imposé entre entrée (narine) et sortie (rhino-pharynx)un dépression réaliste de 150 Pa pour un débit de base de 0.5 litres par seconde.

Pour 1’expiration nous avons choisi d'inverser les conditions aux limites entrel'entrée et la sortie.

Pour débuter les calculs, l'ensemble des cellules fluides de la cavité nasale ont étéinitialisées à une pression de 100000 Pascal et à une vitesse nulle.

Le fluide utilisé pour la simulation numérique est de l'air à une température de 300 K

de viscosité dynamique 1,7894.10-5 kg / m.s et de masse volumique 1.225 kg m3.

Calculs :

Le régime d'écoulement sera considéré comme globalement laminaire. En effet 1enombre de Reynolds bâti sur le diamètre de la narine et la vitesse débitante, est de l'ordre de1000. De même, le nombre de Reynolds au niveau d'un méat en utilisant la vitesse localemesurée sur maquette est de l'ordre de 200.

Les résultats présentés supposent le fluide incompressible et on considère l'étatstationnaire

Le logiciel de CFD :

Fluent est le logiciel utilisé pour calculer l’écoulement. I1 s'agit d'un solveur utilisantla technique des volumes finis. Cette méthode consiste à discrétiser les équations deconservation, (celles de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie) puis à lesintégrer sur un volume de contrôle.

Simulations :

Quatre simulations ont été réalisées :

- Inspiration en débit de base.- Expiration en débit de base.- Effet d'une turbinectomie inférieure lors de l'inspiration.- Effet d'une turbinectomie inférieure lors de l'expiration.

Page 8: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

98

Le graphique précédent montre que le calcul converge très rapidement en 180itérations. Il représente les résidus portant sur la vitesse (rouge, vert, bleu) dans les troisdirections et sur la masse (noir) pour le cas d’une inspiration en débit de base.

Les courbes ne présentent pas d’oscillations préjugeant ainsi de la qualité dumaillage et des résultats numériques.

L’allure des résidus est identique au graphique précédent pour les trois autressimulations.

Page 9: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

99

Résultats :

1°) Inspiration en débit de base pour un sujet sain :

Figure 73 - Lignes de courants provenant de la narine lors de l’inspiration pourun sujet sain.

La figure 73 représente les lignes de courants provenant de la narine pour unedépression de 150 pascals appliquée au niveau du rhino-pharynx. Les frontières de la caviténasale, comme celles des cornets, sont transparentes. La couleur des lignes de courants estfonction de la vitesse.

Au niveau de la zone olfactive se forme une zone de recirculation, identique à celleobservée expérimentalement.

Narine

Rhino-pharynx

Lame criblée

Haut

Arrière

Bas

Avant

Page 10: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

100

Figure 74 – Champ des vitesses dans le plan parallèle à la cloison nasale,distant de 3mm, lors de l’inspiration pour un sujet sain.

Figure 75 - Champ des vitesses dans le plan parallèle à la cloison nasale,distant de 1mm, lors de l’inspiration pour un sujet sain.

Lame criblée

Narine

Rhino-pharynx

Cornet inférieur

Cornet moyen

Tubérosité septale

Narine

Rhino-pharynx

Valve nasale

Tubérosité septale

Pied de cloison

Page 11: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

101

Les figures 74 et 75 représentent le champ des vitesses dans des plans parallèles à lacloison nasale. Nous remarquons une zone d’accélération au passage de la valve nasale avecdes vitesses pouvant atteindre les 15 mètres par seconde, confirmant les valeurs données parProctor [31]. Les vitesses à cet endroit sont plus importantes que celles mesuréesexpérimentalement. L’étroitesse de la valve pouvant conduire à des erreurs de mesures.

Au niveau de la zone olfactive les vitesses sont faibles, de 0 à 1.5 mètre par seconde.Le passage de l’air au niveau des méats se fait à une vitesse comprise entre 4 et 8 mètres parseconde.

Figure 76 - Champ des vitesses dans le plan parallèle à la cloison nasale,distant de 1mm, au niveau de la zone olfactive, lors de l’inspiration pour un

sujet sain.

La figure 76 permet de visualiser la recirculation au niveau de la zone olfactive.Celle-ci recouvre entièrement la zone olfactive, les vitesses y sont faibles permettant ainsiaux molécules odorantes d’interagir avec les sites récepteurs.

Page 12: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

102

Figure 77 - Lignes de courants provenant de la narine lors de l’inspiration pourun sujet sain.

La figure 77 montre le passage de l’air au niveau du compartiment respiratoireuniquement, le volume d’air rejoignant la partie olfactive ayant été volontairementsupprimé. Elle représente les lignes de courants provenant de la narine pour une dépressionde 150 pascals appliquée au niveau du rhino-pharynx en vue de dessus isométrique. Lesfrontières de la cavité nasale, comme celles des cornets, sont transparentes. La couleur deslignes de courants est fonction de la vitesse.

Les lignes de courants sont pratiquement planes justifiant ainsi les mesuresexpérimentales effectuées pour les composantes des vitesses parallèles à la cloison nasale.

Rhino-pharynx

Narine

Lame criblée

Page 13: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

103

Figure 78 champ des vitesses dans des plans perpendiculaires à la cloisonnasale, lors de l’inspiration pour un sujet sain.

Les figures 78 et 79 représentent le champs des vitesses dans des plansperpendiculaires à la cloison nasale. Elles permettent de constater que les têtes des cornetsdirigent l’air, notamment vers la zone olfactive, comme des tremplins.

La tête du cornet inférieur, situé après le passage de la valve nasale, dirige l’air versle méat moyen. La zone de recirculation semble être formée par le passage derrière le cornetmoyen et imposée par la géométrie de la tubérosité septale et de la tête du cornet moyen.

Rhino-pharynx

Narine

Lame criblée

Volume des cornets

Page 14: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

104

Figure 79 - Champ des vitesses dans la coupe 16, lors de l’inspiration pour unsujet sain.

La figure 79 ci-dessus montre que la tête du cornet accélère et dirige l’air vers lazone olfactive située plus haut à une vitesse moyenne de 6.5 mètres par seconde.

Tête du cornet

Queue ducornet Corps du cornet

Page 15: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

105

2°) Inspiration en débit de base pour un sujet ayant subi une ablationtotale du cornet inférieur :

Figure 80 - Lignes de courants provenant de la narine lors de l’inspiration pourun sujet ayant subit une ablation totale du cornet inférieur.

Figure 81 - Visualisation de la recirculation dans le lit du cornet inférieur pourun sujet ayant subit une ablation totale du cornet inférieur.

Zone de recirculation

Lame criblée

Rhino-pharynx

Narine

Recirculation

Page 16: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

106

La figure 80 représente les lignes de courants provenant de la narine pour unedépression de 150 pascals appliquée au niveau du rhino-pharynx. Les frontières de la caviténasale, comme celles des cornets, sont transparentes. La couleur des lignes de courants estfonction de la vitesse.

Au niveau de la zone olfactive se forme une légère zone de recirculation de faibleamplitude, identique à celle observée expérimentalement. La recirculation est plus faible endiamètre et en débit que celle observée pour un sujet ne présentant pas de pathologie.

A l’emplacement du cornet se forme une zone de recirculation créant ainsi unobstacle dynamique à l’écoulement du flux, figure 81. Il est à noter que cet obstacle n’estpas détectable par rhinomanomètrie.

Figure 82 - Visualisation de l’ablation du cornet inférieur dans un planperpendiculaire à la cloison nasale.

La figure 82 montre que le passage de l’air en direction du rhino-pharynx se faitprincipalement par le méat moyen, l’augmentation de la surface de passage du fluide crééepar l’ablation ne semble pas avoir d'influence sur le débit respiratoire.

Cornet moyen

Cornet inférieur

Après ablationAvant ablation

Page 17: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

Les figures 83 et 8du cornet inférieur.

mm de

Cornet inférieur

Cornetmoyen

Lame criblée

Tubérosité septale

Narine

Valve nasale

Figure 83 - Champ des vitesses dans un plan distant de 3 la cloison nasale en inspiration pour un sujet normal.

mm dene

Lame criblée

Narine

Cornetmoyen

Tubérosité septale

Figure 84 - Champ des vitesses dans un plan distant de 3 la cloison nasale en inspiration pour un sujet ayant subi u

ablation totale du cornet inférieur.

107

4 comparent le champs des vitesses avant et après ablation totale

Page 18: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

108

Figure 85 - Champ des vitesses dans un plan distant de 1 mm de la cloisonnasale en inspiration pour un sujet ayant subi une ablation totale du cornet

inférieur.

Figure 86 - Champ des vitesses au niveau de la zone olfactive dans un plandistant de 1 mm de la cloison nasale en inspiration pour un sujet ayant subi une

ablation totale du cornet inférieur.

Lame criblée

Narine

Lame criblée

Tubérosité septale

Cornet moyen

Valve nasale

Page 19: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

109

La figure 86 montre que la zone de recirculation dans la zone olfactive est moinsmarquée que celle observée dans le cas d’un sujet sain. Des zone de recirculationssecondaires apparaissent venant perturber l’écoulement.

L'étude qualitative du flux permet de noter une dégradation de la qualité du fluxinspiratoire avec ralentissement progressif du flux puis apparition de vitesses négatives àl’emplacement de la turbinectomie. Ces vitesses négatives, s'observant dans toute la partieinférieure de la fosse nasale, suggèrent qu'en lieu et place du cornet enlevé se crée une zonede recirculations avec courants posteroanterieurs jouant le rôle de véritable obstacledynamique virtuel. En somme, le gain en perte de charge est annulé par la présence de cescourants rétrogrades. Cette perte de charge ne peut être mesurée par aucune méthoded'analyse statique des résistances nasales, en particulier par rhinomanométrie.

Les données issues de la modélisation numérique confirment les mesuresexpérimentales sur maquette. Elles valident le fait que les cornets jouent un rôleprépondérant dans l’olfaction en assurant la distribution de l’air vers la zone olfactive.

Page 20: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

110

3°) Expiration en débit de base pour un sujet sain :

Figure 87- Lignes de courants provenant de la narine lors de l’expiration pourun sujet sain.

La figure 87 représente les lignes de courants provenant de la narine pour unedépression de 150 pascals appliquée au niveau de la narine. Les frontières de la caviténasale, comme celles des cornets, sont transparentes. La couleur des lignes de courants estfonction de la vitesse.

Les lignes de courants sont pratiquement uniquement en deux dimensions justifiantainsi les mesures expérimentales effectuées pour les composantes des vitesses parallèles à lacloison nasale. Le flux balaye entièrement la cavité nasale excepté entre le cornet moyen etla cloison nasale. Au niveau de la zone olfactive les courants ne forment pas de zones derecirculations.

Il semble qu’à l’expiration l’air soit expulsé de la zone olfactive après y avoirséjourné durant le temps de l’inspiration et du temps de pause.

Sachant que le nombre de respirations par minute varie de 10 à 120 par minute avecune normale à 20. La durée d'un cycle respiratoire normal est donc égale à 60/20=3secondes.

Le temps d'insufflation de la durée du cycle est compris entre 20 et 80% avec unenormale égale à 25%. Le temps de pause de la durée du cycle (pause inspiratoire) estcompris entre 0 et 30% avec une normale égale à 10%.

Pour un cycle normal l’air resterait ainsi en contact avec les capteurs olfactifspendant (0.25+0.1) x 3 soit 1.05 seconde.

Rhino-pharynx

Lame criblée

Valve nasale

Page 21: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

111

Figure 88 - Champ des vitesses dans un plan distant de 1 mm de la cloisonnasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet sain.

Figure 89 - Champ des vitesses au niveau de la zone olfactive dans un plandistant de 1 mm de la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un

sujet sain.

NarineRhino-pharynx

Lame criblée

Tubérosité septale

Tubérosité septale

Lame criblée

Page 22: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

112

Les figures 88 et 89 montrent le champ des vitesses dans un plan parallèle à lacloison nasale, les vitesses au niveau de la zone olfactive sont beaucoup plus importantesqu’à l’inspiration, de l’ordre de 4 mètres par seconde. Le flux d’air vient balayer la zoneolfactive pendant presque 2 secondes, soit le double du temps d’insufflation, provoquant lephénomène de rétro-olfaction.

Figure 90 - Champ des vitesses dans des plans perpendiculaires à la cloisonnasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet sain.

Sur la figure 90 nous constatons que les vitesses sont homogènes dans l’ensemble dela fosse nasale, de l’ordre de quelques mètres par seconde. Ceci excepté au niveau de lavalve où l’air est accéléré jusqu’à 8 mètres par secondes.

Rhino-pharynx

Narine

Lame criblée

Page 23: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

113

Figure 91 - Champ des vitesses dans deux plans perpendiculaires à la cloisonnasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet sain (coupes 16 et 18).

Figure 92 - Champ des vitesses dans un plan perpendiculaires à la cloisonnasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet sain (coupe 16).

Les figures 91 et 92 montrent le rôle des cornets dans l’orientation del’écoulement. C’est la queue du cornet moyen qui dirige l’air vers la zone olfactiveet ce sont les têtes des cornets qui dirigent l’air venant de la zone olfactive vers lanarine.

Narine

Rhino-pharynx

Lame criblée

Cornet moyen

Cornet inférieur

Page 24: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

114

4°) Expiration en débit de base pour un sujet sain :

Figure 93 - Visualisation des lignes de courant lors d’une phase d’expiration pour un sujetayant subi une ablation totale du cornet inférieur.

La figure 93 représente les lignes de courants provenant de la narine pour unedépression de 150 pascals appliquée au niveau de la narine. Les frontières de la caviténasale, comme celles des cornets, sont transparentes. La couleur des lignes de courants estfonction de la vitesse.

Les lignes de courants ne sont plus uniquement en deux dimensions. Le flux balayeentièrement la cavité nasale mais plusieurs zones de recirculations se forment notammentdans le lit du cornet inférieur et à la sortie du rhino-pharynx.

Rhino-pharynxNarine

Lame criblée

Page 25: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

115

Figure 94 - Champ des vitesses dans un plan distant de 2 mm de la cloisonnasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet ayant subi une ablation

totale du cornet inférieur.

Figure 95 - Champ des vitesses au niveau du lit du cornet inférieur dans unplan distant de 2mm de la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un

sujet ayant subi une ablation totale du cornet inférieur.

Rhino-pharynx

Narine

Lame criblée

Recirculation

Narine

Rhino-pharynx

Tubérosité septale

Cornet moyen

Tubérosité septaleCornetmoyen

Page 26: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

116

Dans le lit du cornet inférieur se forme une zone de recirculation comme le montrentles figures 94 et 95.

Figure 96 - Champ des vitesses au niveau de la zone olfactive dans un plandistant de 2mm de la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un sujet

ayant subi une ablation totale du cornet inférieur.

La zone olfactive est balayée par un flux compris entre 2 et 4 mètres par seconde, Onretrouve le même type d’écoulement que pour un sujet sain apportant ainsi une preuvesupplémentaire sur le rôle de la queue du cornet moyen dans l’orientation du flux vers lazone olfactive.

Cornet moyen

Page 27: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

117

Figure 97 - Champ des vitesses au niveau du lit du cornet inférieur dans unplan perpendiculaire à la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un

sujet ayant subi une ablation totale du cornet inférieur. Vue de face.

Figure 98 - Champ des vitesses au niveau du lit du cornet inférieur dans unplan perpendiculaire à la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un

sujet ayant subi une ablation totale du cornet inférieur. Vue de coté.

Page 28: 5) Calcul de l’écoulement - INSA Lyon

118

Figure 99 - Champ des vitesses au niveau du lit du cornet inférieur dans unplan perpendiculaire à la cloison nasale lors d’une phase d’expiration pour un

sujet ayant subi une ablation totale du cornet inférieur. Vue isométrique.

Les figures 97, 98 et 99 montrent la recirculation au niveau de l’emplacement ducornet moyen.

Les vitesses dans l’ensemble de la fosse nasale sont homogènes, comprises entre 1.5et 6 mètres par seconde. Au niveau de la fente olfactive le champs des vitesses est orientéparallèlement à la cloison nasale et les vitesses sont de l’ordre de 2.5 mètres par seconde.

L’ablation du cornet inférieur ne semble pas perturber le phénomène de rétro-olfaction puisse que les courants sont quasi identiques à celui d’un sujet sain. Par contre lazone de recirculation située à la place du cornet moyen ne facilite pas l’évacuation de l’airen créant ainsi un obstacle dynamique à l’écoulement du flux. Il est à noter que cet obstaclen’est pas détectable par rhinomanomètrie.